Modélisation par champ de phases de la croissance de la ferrite allotriomorphe dans les aciers Fe-C-Mn

par Alexandre Viardin

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux et métallurgie

Sous la direction de Elisabeth Gautier et de Benoît Appolaire.

Soutenue le 08-04-2010

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux , en partenariat avec Institut Jean Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz) (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Hazotte.

Le jury était composé de Elisabeth Gautier, Benoît Appolaire, Alain Hazotte, Yves Bréchet, Yann Le Bouar, Alphonse Finel, Sybrand Van der Zwaag, Mohamed Gouné.

Les rapporteurs étaient Yves Bréchet, Yann Le Bouar, Alphonse Finel.


  • Résumé

    La ferrite allotriomorphe est une des morphologies de la ferrite dont la répartition spatiale influe fortement sur les propriétés mécaniques dans les aciers dual-phase. En fonction des traitements qu'ils subissent, la ferrite peut s'y répartir suivant les bandes de ségrégation en manganèse, issues de l'étape de solidification. Pour établir le rôle que joue le processus de croissance de la ferrite allotriomorphe sur la mise en place de la structure en bandes, nous avons développé un modèle de champ de phases possédant deux spécificités originales, imposées par le problème. D'une part, ce modèle est capable de reproduire les différents régimes cinétiques observés dans les alliages ternaires Fe-C-X, pilotés par la présence concomittante du carbone diffusant rapidement,et d'un élément substitutionnel X diffusant lentement. Nous avons ainsi mis en évidence la transition d'un régime initial rapide de paraéquilibre vers une croissance lente en orthoéquilibre, en bon accord avec des résultats expérimentaux de la littérature. D'autre part, notre modèle incorpore de manière économe la présence des joints de grains austénitiques, dont le rôle dans l'élimination des structures en bande est souligné par nos calculs. Nous observons ainsi qu'il existe un seuil d'intensité deségrégation en manganèse en dessous duquel le mouillage de la ferrite le long des joints de grain de plus grande énergie peut contrecarrer la croissance dans les bandes ségrégées négativement

  • Titre traduit

    Phase field modeling of allotriomorphic ferrite growth in Fe-C-Mn steels


  • Résumé

    The growth of allotriomorphic ferrite plays a major role in the formation of martensite bands in Dual-Phase steels. We have thus developed a phase field model to study the ferritic growth in different ternary Fe-C-X alloys, incorporating two necessary features. First, we have paid a particular attention to recover the different growth regimes due to the huge difference between the diffusion rates of Cand X substitutional species. Our calculations have exhibited a transition from fast paraequilibrium to slow orthoequilibrium in good agreement with experimental measurements in the literature. Second, austenite grain boundaries have been included in the model because they can conterbalance the manganese segregation bands, as shown in our calculations. Indeed, our results show that the bands can be broken bythe wetting of ferrite along the austenite grain boundaries, provided that the segregation is below a threshold value, and provided that the grain boundary energies are sufficiently high


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